单片无线收发芯片CC1100的原理与开发应用

CC1100的应用电路简单，仅需很少的外部元件即可工作。

如图2所示为315/433MHz频段的参考电路。

图中R1为偏置电阻，用以调整精确的偏置电流。

C8、C9、L1、L2构成一个非平衡变压器（Balun），将CC1100的差分输出变为单端射频信号，与LC网络一起进行阻抗变换以匹配50欧姆天线（或同轴电缆）。

在不同工作频率下各元件的值也有所不同，具体请参见CC1100的数据手册。

2、通用输出管脚CC1100具有3个通用数字输出管脚：GDO0、GDO1和GDO2，它们可以通过SPI接口被MCU配置成不同的功能，配置寄存器IOCFG【0，1，2】分别对应三个管脚的功能配置。

GDO1同时也是SPI接口的SO口，因此，只有在CSn=1时，所配置的输出功能才有效。

GDO1默认的配置为三态输出，在CSn为高时此管脚保持为高阻态，这样在总线连接多个器件时不会影响总线工作；GDO0默认配置为晶振频率的192分频输出（126KHz~146KHz）。

由于一上电复位Xosc就开始工作，因此此时钟输出可以用于给系统中其它器件提供振荡信号。

另外，CC1100片上集成有1个模拟温度传感器，当向IOCFG0.GDO0_CFG写入0x80时使能传感器，此时，GDO0脚的电压与温度成比例关系。

而GDO2的默认设置为CHIP_RDYn信号输出。

通过对IOCFG【0，1，2】寄存器的编程不仅可以改变GDO口线的功能，还可以改变其输出高低电平状态，寄存器构成如表3所示：表3 IOCFGx寄存器结构标志、三态输出、晶振频率分频输出等等，详见数据手册。

GDOx的配置在与MCU接口中非常重要，MCU可通过检测它们的输出来判断CC1100所处的状态。

四、CC1100的寄存器CC1100的内部寄存器包括五种：配置寄存器、命令滤波寄存器、状态寄存器、收/发FIFO以及功率配置表PATABLE。

1、配置寄存器：CC1100共有47个配置寄存器，如表4所示，包括GDO【0~2】配置、收发缓冲区门限、工作频率、调制模式等。

虽然寄存器较多，但是所有配置值可以很简便的由TI公司提供的SmartRF软件得到。

当然也可以手动计算，数据手册中给出了各寄存器详细的定义。

写入时，每一个头字节或数据字节发送时状态字节都会从SO发出。

读出时，每个头字节发送时，状态字节都会从SO发出。

连续地址的寄存器可以通过将头字节中的burst位B置1而实现连续写入，地址为A5~A0设置写入的内部地址寄存器初始地址，此寄存器每写入一字节数据时自动加1。

Burst访问可以是读也可以是写，但都必须由CSn置1来结束。

2、命令滤波寄存器命令滤波可以看做是CC1100的单字节指令。

通过对命令滤波寄存器的选址，内部时序被启动。

这些命令用来关闭晶体振荡器、使能接收/发送、清空FIFO等。

14个命令滤波如表5所示。

表5 CC1100指令集命令滤波寄存器的访问和配置寄存器的写操作一样，只是不传输数据。

访问命令滤波寄存器只发送一个头字节，其中 R/W位为0，突发访问位为0，六个地址位（0x30和0x3D之间）即为指令码。

当写命令滤波寄存器时，状态字节也从SO管教输出。

一个命令滤波操作可以在任何其他SPI访问之后发送，而不需要将CSn拉至高电平。

除了SPWD和SXOFF指令要在CSn变高时执行外，其余指令在写入后都会立即被执行。

3、状态寄存器CC1100的状态寄存器共有14个，如表6所示，均为只读。

由于命令滤波和状态寄存器地址相同，为了加以区分，CC1100规定，对于地址在0x30~0x3D范围内的寄存器操作，burst位用来选择是状态寄存器（=1）还是命令滤波（=0）。

因此，状态寄存器不能像配置寄存器一样使用burst访问方式，而只能一次访问1个寄存器，而且是只读的。

4、PATABLEPATABLE用于配置CC1100的功率放大器，可以通过地址0x3E访问。

PATABLE为一个8字节的表格，通过配置寄存器FREND0中的PA_POWER【2：0】的值来确定使用表中那一个值。

读/写PATABLE表时，总是最低字节在前，一次操作一字节，表中索引计数器自动加一，当到达最高字节后，自动变为0。

而且，每次CSn变高时，索引计数器复位，重新指向最低字节。

对PA TABLE的操作可以是单字节也可以是burst操作，这取决于Burst位的值。

值得注意的是，当芯片进入SLEEP状态时，除了最低字节（索引0）以外，表中其他内容都会丢失。

在不同频段、调制方式下，对应功率的设置值也有所不同，具体参见数据手册，也可以由SmartRF计算得出。

5、FIFO寄存器CC1100包含1个64字节的发送FIFO（只写）和一个64字节的接收FIFO（只读），可以通过0x3F地址访问。

在SPI接口发送的头字节中，当RW=0时访问发送FIFO，=1时访问接收FIFO。

Burst位决定是单字节操作（=0）还是burst操作（=1）。

因此，FIFO访问一共可有以下四种头字节：0x3F：单字节写发送FIFO；0x7F：burst写发送FIFO；0xBF：单字节读接收FIFO；0xFF：burst读接收FIFO。

在写发送FIFO时，状态字节在每个字节数据写入时从SO发送，此字节可以用于检测是否FIFO已满。

此外，可以使用SFRX、SFTX指令来清空接收、发送FIFO。

五、CC1100的包格式CC1100接收和发送的数据包格式如表7所示，其一包数据共包含6部分：前导码、同步字、长度、可选地址、数据、可选的CRC16校验码。

前导码：前导码是一个交替的1010序列，用于接收端进行信道检测。

其最小长度是可以编程的。

当使能TX时，调制器开始发送前导码序列。

发完前导码之后后，若发送FIFO中数据可用，调制器开始发送同步字和数据；如果发送FIFO为空，调制器会持续发送前导码，直到发送FIFO中写入第一个字节，之后开始发送同步码和数据。

前导码的长度由配置寄存器MDMCFG1中的NUM_PREAMBLE值决定。

同步字：是SYNC1和SYNC0寄存器中设置的2字节值，用于提供接收包的字节同步信息。

可以通过将SYNC1的值设置为前导码方式来实现单字节同步字。

也可以通过将MDMCFG2中SYNC_MODE的值设为3或7来实现32位的同步字，这时，SYNC0、1的值发送2次。

长度码：CC1100支持三种包长度：固定长度，可变长度和无限长度，由配置寄存器PKTCTRL0中LENGTH_CONFIG 项的值决定。

设置LENGTH_CONFIG=0时，采用固定长度数据包，包长度由PKTLEN寄存器设置，此时数据包内没有表7中的长度一项。

设置LENGTH_CONFIG=1时，采用可变长度数据包，包长度由同步字后面的第一个字节配置。

包长度是指纯数据的长度（表7中的地址+数据两项的字节数），不包含长度字节本身以及可选的CRC校验字节。

PKTLEN设置值为最大的包长度，任何接收到的长度字节值大于PKTLEN的包都将被丢弃。

设置LENGTH_CONFIG=2时，设置为无限包长度。

对于固定包长度和可变包长度，其长度值最大为255，要发送更长的数据包，就必须使用无限包长度。

地址码：地址码一项也是可选的，由配置寄存器PKTCTRL1中ADR_CHK的值决定。

当ADR_CHK=0时，接收端不检测地址，数据包中不含地址项；当ADR_CHK=1时，接收端检测地址，且没有广播地址；当ADR_CHK=2时，接收端检测地址，0x00为广播地址；当ADR_CHK=3时，接收端检测地址，0x00和0xFF为广播地址。

对于不为0的设置值，接收端每检测到一包数据，首先将包中的地址字节与本地地址（配置寄存器ADDR值）或者广播地址进行比较，如果地址匹配，则接收此包并将其写入接收FIFO，否则丢弃。

CRC码：CRC校验码也为可选项，在PKTCTRL0寄存器中，CRC_EN位若置1则使能CRC校验，否则无此项。

六、CC1100软件设计CC1100的软件设计主要包括三部分：初始化、发送数据包和接收数据包。

1、初始化在收发数据之前，必须对芯片进行初始化，即对各配置寄存器和PA TABLE进行设置。

这一步最简便的方法是从TI官方网站下载SmartRF软件，安装后，在其各项配置（如频率、调制方式、数据速率、功率、包长度等）中输入所需参数，如图3所示，然后将软件自动生成的各寄存器值在自己编写的程序中写入CC1100即可。

图3 SmartRF参数配置2、数据发送在发送数据前，待发数据必须先写入发送FIFO。

为可变包长度时，写入的第一个字节必须是长度值，此长度包含了目的地址和数据；若为固定包长度，则第一个字节应该是目的地址。

写完FIFO之后使用STX命令使能发送即可，前导码、同步字、CRC校验码均为芯片自动计算加入。

void CC1100_Tx_Packet(){CC1100_Strobe(CC1100_SIDLE); //进入空闲模式if( CC1100_WriteBurstReg(CC1100_TXFIFO, CC1100_BUF.TX, Len)==1 ){CC1100_Strobe(CC1100_STX); //进入发送模式发送数据while (!(CC1100_SYNC_END)); //等待同步字发送完while (CC1100_SYNC_END); //等待包发送结束CC1100_Strobe(CC1100_SFTX); //清空发送缓冲区CC1100_Strobe(CC1100_SRX); //使CC1100处于接收状态}}上面是一段发送子程序代码，这里用到了一个GDO管脚（程序中的CC1100_SYNC_END）来检测CC1100状态，在初始化时将其配置为0x06，在接收（或发送）完同步字时，GDO触发，当包接收（或发送）完毕后，GDO恢复。

3、数据接收MCU感知CC1100接收完一包数据，可以通过GDO管脚或SPI总线获取状态。

对于SPI总线方式，可以查询PKTSTATUS寄存器获取当前状态，查询RXBYTES和TXBYTES寄存器可以检测当前FIFO中的字节数等。

由于查询操作都需要进行SPI通信，相对来说要麻烦一点，因而如果口线资源够的话，最好还是采用端口查询或中断方式。

利用GDO管脚方式，在初始化时配置好后，只需定时查询口线电平，或者利用电平变化产生中断，相对要简单一些。

除了0x06配置外，还有两个设置（0x00，0x01）与接收FIFO相关联，以及两个设置（0x02，0x03）与发送FIFO 相关联，其他配置如0x07（正确接收一包数据且CRC校验正确触发，当接收FIFO中第一个字节被读出时恢复）等也可以用于接收检测，具体参见数据手册。

笔者在应用中仍然使用了0x06配置，由于在接收到同步字和接收完数据包之间端口会有一个变化过程，利用此变化产生中断，在终端中再读取数据，具体接收子程序如下：unsigned char CC1100_Rx_Packet(unsigned char *rxBuffer){unsigned char status[2];unsigned char pktLen;if ((CC1100_ReadStatus(CC1100_RXBYTES) & CC1100_NUM_RXBYTES)){pktLen = CC1100_ReadReg(CC1100_RXFIFO); // 读取长度字节if (pktLen <= PKT_MAX_LEN) // 长度是否在允许范围内{CC1100_ReadBurstReg(CC1100_RXFIFO, rxBuffer, pktLen); // 读取数据CC1100_ReadBurstReg(CC1100_RXFIFO, status, 2); // 读取两字节状态字if(status[1]&CC1100_CRC_OK ) //如果CRC校验正确，返回接收包长度{ return(pktLen); }}}CC1100_Strobe(CC1100_SFRX); // 清空接收FIFOCC1100_Strobe(CC1100_SRX); // 使CC1100处于接收状态return 0;}七、结束语CC1100支持频段多，接收灵敏度高，支持多种调制方式、数据速率，接口简单，占用MCU资源较少，而且功耗小、成本低，适用于多种应用场合。